Lorsque des étoiles massives atteignent la fin de leur cycle de vie, elles explosent dans une supernova massive et rejettent la plupart de leur matériel. Ce qui reste est un «pulsar milliscond», une étoile à neutrons super dense et hautement magnétisée qui tourne rapidement et émet des faisceaux de rayonnement électromagnétique. Finalement, ces étoiles perdent leur énergie de rotation et commencent à ralentir, mais elles peuvent accélérer à nouveau avec l'aide d'un compagnon.
Selon une étude récente, une équipe internationale de scientifiques a été témoin de cet événement rare lors de l'observation d'un pulsar ultra-lent situé dans la galaxie d'Andromède voisine (XB091D). Les résultats de leur étude indiquent que ce pulsar s'accélère depuis un million d'années, ce qui est probablement le résultat de la capture d'un compagnon qui a depuis rétabli sa vitesse de rotation rapide.
En règle générale, lorsqu'un pulsar s'associe à une étoile ordinaire, le résultat est un système binaire composé d'un pulsar et d'une naine blanche. Cela se produit après que le pulsar ait retiré les couches externes d'une étoile, la transformant en naine blanche. Le matériau de ces couches externes forme alors un disque d'accrétion autour du pulsar, ce qui crée un «point chaud» qui rayonne brillamment dans le spectre des rayons X et où les températures peuvent atteindre des millions de degrés.
L'équipe était dirigée par Ivan Zolotukhin de l'Institut astronomique de Sternberg à l'Université d'État Lomonossov de Moscou (MSU), et comprenait des astronomes de l'Université de Toulouse, de l'Institut national d'astrophysique (INAF) et du Smithsonian Astrophysical Observatory. Les résultats de l'étude ont été publiés dans The Astrophysical Journal sous le titre «Le pulsar à rayons X le plus lent dans un amas globulaire extragalactique».
Comme ils l'indiquent dans leur article, la détection de ce pulsar a été rendue possible grâce aux données collectées par l'observatoire spatial XMM-Newton de 2000 à 2013. Pendant ce temps, XMM-Newton a rassemblé des informations sur environ 50 milliards de photons de rayons X, qui ont été combinés par les astronomes de Lomosov MSU dans une base de données en ligne ouverte.
Cette base de données a permis aux astronomes de regarder de plus près de nombreux objets découverts précédemment. Cela inclut XB091D, un pulsar avec une période de secondes (aka. Un "deuxième pulsar") situé dans l'un des plus anciens amas d'étoiles globulaires de la galaxie d'Andromède. Cependant, trouver les photos radiographiques qui leur permettraient de caractériser le XB091D n'était pas une tâche facile. Comme Ivan Zolotukhin l'a expliqué dans un communiqué de presse MSU:
«Les détecteurs du XMM-Newton détectent un seul photon de ce pulsar toutes les cinq secondes. Par conséquent, la recherche de pulsars parmi les nombreuses données XMM-Newton peut être comparée à la recherche d'une aiguille dans une botte de foin. En fait, pour cette découverte, nous avons dû créer des outils mathématiques complètement nouveaux qui nous ont permis de rechercher et d'extraire le signal périodique. Théoriquement, il existe de nombreuses applications pour cette méthode, y compris celles en dehors de l'astronomie. "
Sur la base d'un total de 38 observations XMM-Newton, l'équipe a conclu que ce pulsar (qui était le seul pulsar connu de son genre au-delà de notre galaxie à l'époque), en était aux premiers stades de «rajeunissement». En bref, leurs observations ont indiqué que le pulsar a commencé à accélérer il y a moins d'un million d'années. Cette conclusion était basée sur le fait que XB091D est le pulsar à amas globulaire tournant le plus lent découvert à ce jour.
L'étoile à neutrons effectue un tour en 1,2 seconde, ce qui est plus de 10 fois plus lent que le détenteur du record précédent. À partir des données qu'ils ont observées, ils ont également pu caractériser l'environnement autour du XB091D. Par exemple, ils ont découvert que le pulsar et sa paire binaire sont situés dans un amas globulaire extrêmement dense (B091D) dans la galaxie d'Andromède - à environ 2,5 millions d'années-lumière.
Cet amas est estimé à 12 milliards d'années et contient des millions d'étoiles anciennes et faibles. Son compagnon, quant à lui, est une étoile de masse solaire de 0,8, et le système binaire lui-même a une période de rotation de 30,5 heures. Et dans environ 50000 ans, ils estiment que le pulsar accélérera suffisamment pour avoir à nouveau une période de rotation mesurée en millisecondes - c'est-à-dire un pulsar milliseconde.
Fait intéressant, l'emplacement du XB910D dans cette vaste région d'étoiles à très haute densité lui a permis de capturer un compagnon il y a environ 1 million d'années et de commencer le processus de «rajeunissement» en premier lieu. Comme l'a expliqué Zolotukhin:
«Dans notre galaxie, aucun tel pulsar à rayons X lents n'est observé dans 150 amas globulaires connus, car leurs noyaux ne sont pas assez grands et denses pour former des étoiles binaires proches à un taux suffisamment élevé. Cela indique que le noyau de l'amas B091D, avec une composition extrêmement dense d'étoiles dans le XB091D, est beaucoup plus grand que celui de l'amas habituel. Nous avons donc affaire à un objet grand et plutôt rare - avec un reste dense d'une petite galaxie que la galaxie d'Andromède a dévoré une fois. La densité des étoiles ici, dans une région d'environ 2,5 années-lumière, est environ 10 millions de fois plus élevée qu'à proximité du Soleil. »
Grâce à cette étude et aux outils mathématiques que l'équipe a développés pour le trouver, les astronomes seront probablement en mesure de revisiter de nombreux objets précédemment découverts dans les années à venir. Dans ces ensembles de données massifs, il pourrait y avoir de nombreux exemples d'événements astronomiques rares, qui ne demandent qu'à être observés et correctement caractérisés.
Pour en savoir plus: The Astrophysical Journal, Université d'État Lomonossov de Moscou
